CN106319196A - 一种医用低碳马氏体不锈钢材质手术器械的控温激光相变硬化工艺 - Google Patents

一种医用低碳马氏体不锈钢材质手术器械的控温激光相变硬化工艺 Download PDF

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蔡红
王超
姜卓
马佳明
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Abstract

本发明公开了一种医用低碳马氏体不锈钢材质手术器械的控温激光相变硬化工艺，采用半导体激光器对所述的手术器械表面进行激光相变硬化处理，处理过程中激光加工温度设定为1500℃，激光扫描速度设定为800～1000mm/min。本发明采用配有可以实现实时闭环测、控温红外双色控温装置的高功率半导体激光器，通过调节激光加工温度以及激光扫描速度两个主要工艺参数，对经过常规热处理的马氏体不锈钢材质表面进行控温激光相变硬化处理，有效避免了医疗手术器械刃口熔化和变形等问题，可以有效控制淬硬层深度以及表面硬度，有效延长手术器械使用寿命。

Description

一种医用低碳马氏体不锈钢材质手术器械的控温激光相变硬化工艺
技术领域
本发明涉及一种金属表面热处理工艺，尤其涉及一种不锈钢材质手术器械的表面热处理工艺。
背景技术
目前，医疗行业中制备手术器械(例如：手术刀、手术钳、手术剪、手术镊等)通常采用不锈钢制造，从弹性、硬度、耐磨性、抗拉强度和韧性等综合因素考虑，适合制作手术器械的不锈钢大约只有10种，最常用的主要是马氏体型不锈钢，其次是奥氏体型和铁素体型不锈钢[1-5]。而奥氏体和铁素体不锈钢因不能通过热处理硬化，导致其使用范围受到限制。由于手术器械的特定用途，对其使用性能有较高要求，除了防腐蚀性能外还要考虑较高的耐磨性。因此，需要通过各种工艺提高手术器械表面的硬度从而提高其耐磨性。手术器械经常规热处理淬火工艺处理后，表面硬度通常在50-58HRC,且表面存在一定的变形量。除此之外，常采用在手术器械表面镀铬的方式提高手术器械的硬度及耐磨性。但是镀铬这种表面处理方法由于镀层很薄且致密性低，在使用过程中由于碰撞冲击，容易引起镀层脱落，会危及患者的生命。激光表面相变硬化技术[6]，是指以高能密度的激光束照射工件表面，使其需要硬化的部位瞬间吸收光能并立即转化为热能，从而使激光作用区的温度急剧上升形成奥氏体，经随后的快速冷却，获得极细小的马氏体和其他组织的高硬化层的一种热处理技术。
国内目前进行零部件表面的激光相变硬化处理时，通常依赖人工经验，采用控制激光功率及激光扫描速度的方法进行处理，此方法存在不足之处，即在激光表面相变硬化处理过程中无法精确控制激光加工温度，而采用控制激光功率的方法造成的加工温度波动较大，由于医疗手术器械的刃口部位较薄，如果激光加工温度控制不当容易造成刃口熔化和变形等问题，导致产品报废。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要提供一种独特而有效的医用低碳马氏体不锈钢材质手术器械的控温激光相变硬化工艺，有效避免激光相变硬化处理过程中医疗手术器械出现刃口熔化和变形，从而提高手术器械加工质量和成品率。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种医用低碳马氏体不锈钢材质手术器械的控温激光相变硬化工艺，采用半导体激光器对所述的手术器械表面进行激光相变硬化处理，处理过程中激光加工温度设定为1500℃，激光扫描速度设定为800～1000mm/min。
所述的半导体激光器采用配有可以实现实时闭环测、控温红外双色控温装置的高功率半导体激光器。
所述的手术器械表面经过所述的激光相变硬化处理后淬硬层深度达到500-580μm。
本发明采用配有可以实现实时闭环测、控温红外双色控温装置的高功率半导体激光器，通过调节激光加工温度以及激光扫描速度两个主要工艺参数，对经过常规热处理的马氏体不锈钢材质(例如：40Cr13、60Cr13马氏体不锈钢等)表面进行控温激光相变硬化处理，使得激光相变硬化过程中的加工温度可精确控制，有效避免激光相变硬化处理过程中因采用传统的控制激光功率的方法所造成的加工温度大幅波动进而造成的马氏体不锈钢医疗手术器械刃口熔化和变形等问题，从而提高工件加工质量和成品率。通过调节激光加工温度以及激光扫描速度两个主要工艺参数，可以有效控制马氏体不锈钢材质医疗手术器械表面的淬硬层深度以及表面硬度。
按本发明工艺处理的医疗手术器械表面，可获得500μm左右淬硬层，并且使马氏体不锈钢材质医疗手术器械表面硬度从传统热处理后的54-58HRC提高到60HRC，从而进一步提高医疗手术器械表面硬度及耐磨性，有效延长手术器械使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为实施例1中40Cr13激光表面相变硬化处理后的金相组织示意图。
具体实施方式
实施例1：
采用配有可以实现实时闭环测、控温红外双色控温装置高功率半导体激光器对经过常规热处理的40Cr13马氏体不锈钢材质表面进行控温激光表面相变硬化处理。激光相变硬化处理过程中，激光加工温度设定为1500℃，激光扫描速度设定为800mm/min。通过金相分析可知，40Cr13马氏体不锈钢的淬硬层深度约565μm，淬硬层组织由细小的马氏体构成(参见图1)。通过表面显微硬度测量可得40Cr13马氏体不锈钢表面硬度由激光表面相变硬化处理前的55HRC提高到58HRC。
实施例2：
采用配有可以实现实时闭环测、控温红外双色控温装置高功率半导体激光器对经过常规热处理的60Cr13马氏体不锈钢材质的手术钳表面进行控温激光表面相变硬化处理。激光相变硬化处理过程中，激光加工温度设定为1500℃，激光扫描速度设定为1000mm/min。通过金相分析可知，60Cr13马氏体不锈钢的淬硬层深度约500μm，淬硬层组织由细小的马氏体构成。通过表面显微硬度测量可得60Cr13马氏体不锈钢表面硬度由激光表面相变硬化处理前的58HRC提高到60HRC。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种医用低碳马氏体不锈钢材质手术器械的控温激光相变硬化工艺，其特征在于：采用半导体激光器对所述的手术器械表面进行激光相变硬化处理，处理过程中激光加工温度设定为1500℃，激光扫描速度设定为800～1000mm/min。
2.根据权利要求1所述的医用低碳马氏体不锈钢材质手术器械的控温激光相变硬化工艺，其特征在于：所述的半导体激光器采用配有可以实现实时闭环测、控温红外双色控温装置的高功率半导体激光器。
3.根据权利要求1或2所述的医用低碳马氏体不锈钢材质手术器械的控温激光相变硬化工艺，其特征在于：所述的手术器械表面经过所述的激光相变硬化处理后淬硬层深度达到500-580μm。
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